JP5509030B2 - プロピレン系樹脂組成物を用いた成形品 - Google Patents
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Description
このように、耐衝撃性−剛性バランス、透明性、耐擦傷性を併せ持つプロピレン系樹脂材料として、未だ十分なものが見出すことができていないのというのが現状である。
(i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独又はエチレン含量が7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)を30〜95wt%、第2工程で成分(A)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体であること
(ii)メルトフローレート(MFR:230℃ 2.16kg)が、0.5〜100g/10minの範囲にあること
(iii)DSC法により測定された融解ピーク温度(Tm)が、110〜150℃の範囲にあること
(iv)GPC法により測定された分子量分布(Mw/Mn)が、1.5〜4の範囲にあること
(v)固体粘弾性測定により得られる温度−損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有すること
以下、プロピレン系樹脂組成物を構成する成分、樹脂組成物の製造方法、成形品について詳細に説明する。
本発明において、プロピレン系樹脂組成物で用いられるプロピレン系共重合体(ア)は、プロピレン系共重合体であればどのようなものであってもよいが、好ましくは、プロピレンとエチレンおよび/または炭素数4〜12のα−オレフィンとのプロピレン−α−オレフィンランダム共重合体である。
このような共重合体の例としては、プロピレン−エチレン共重合体、プロピレン−エチレン−ジエン共重合体、プロピレン−ブテン−1共重合体、プロピレン−ペンテン−1共重合体、プロピレン−ヘキセン−1共重合体、プロピレン−4−メチルペンテン−1共重合体のような二元又は三元共重合体を好ましく挙げることができる
プロピレン系共重合体(ア)を製造するために用いられる重合プロセスは、特に限定されるものではなく、公知の重合プロセスが使用可能である。例えば、スラリー重合法、バルク重合法、気相重合法等が使用できる。また、これらの重合法の1種または2種以上を組み合わせて多段重合を行って重合することもできる。さらには、2種以上のプロピレン系重合体を機械的に溶融混練することによっても製造することができる。
本発明で用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)は、メタロセン触媒を用いて、第1工程で、プロピレン単独又はエチレン含量が7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)を30〜95wt%重合した後、第2工程で、第1工程よりも3〜20wt%多いエチレン量を含むプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)を70〜5wt%逐次重合することで得られるプロピレン−エチレンブロック共重合体である。
なお、ここでいうプロピレン−エチレンブロック共重合体とは、プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)(以下、成分(A)という。)と、プロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)(以下、成分(B)という。)を逐次重合することより得られる、通称でのブロック共重合体であり、必ずしも成分(A)と成分(B)とが完全にブロック状に結合されたものでなくても良い。
・成分(A)中のエチレン含量:[E]A
第1工程で製造されるプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)は、成形品の剛性を得るために、融点が比較的高く、結晶性を有するプロピレン単独重合体、もしくはエチレン含量が7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体である必要がある。エチレン含量が7wt%を超えると融点が低くなりすぎ、成形品の剛性が低くなりすぎる恐れがある。エチレン含量は5wt%以下が好ましく、3wt%以下が更に好ましい。剛性が低すぎたときには、その成形品は優れた耐衝撃性−剛性バランスを得られない。
第2工程で製造されるプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)は、プロピレン−エチレンブロック共重合体中でゴム弾性成分の役割を有し、耐衝撃性を付与するために必要な成分である。
成分(B)のエチレン含量の範囲は、上記効果を十分に発揮するために、成分(A)のエチレン含量との差 [E]B−[E]A ([E]gapともいう。)によって規定される。[E]B−[E]Aは3〜20wt%の範囲であることが必要であり、好ましくは6〜18wt%、更に好ましくは8〜16wt%である。
[E]gapが、3wt%未満の場合、耐衝撃性が充分でなく好ましくない。また、20wt%を超えると第1工程で製造される成分(A)との相溶性が悪くなるため、透明性が悪化し好ましくない。
プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)を構成する成分(A)の割合であるW(A)および成分(B)の割合であるW(B)の含有量比は、W(A)が30〜95wt%でありW(B)が70〜5wt%の範囲にある必要がある。
W(A)の割合が30wt%未満であると、剛性が低下し、さらには製品のべたつき発生、かつ耐熱性が低下する恐れがある。他方、W(A)の割合が95wt%を超えるとゴム弾性が不十分となり耐衝撃性が不十分となる恐れがある。好ましくは、W(A)の割合が40〜90wt%、更に好ましくは50〜80wt%の範囲である。
成分(A)、(B)の各エチレン含量及び量は、製造時の物質収支(マテリアルバランス)によって特定することも可能であるが、より正確にこれらを特定するためには、以下の分析を用いることが望ましい。
プロピレン−エチレンランダム共重合体の結晶性分布をTREFにより評価する手法は、当該業者によく知られるものであり、例えば、次の文献などで詳細な測定法が示されている。
G.Glockner,J.Appl.Polym.Sci.:Appl.Polym.Symp.;45,1−24(1990)
L.Wild,Adv.Polym.Sci.;98,1−47(1990)
J.B.P.Soares,A.E.Hamielec,Polymer;36,8,1639−1654(1995)
具体的な方法を、図1のTREFによる溶出量及び溶出量積算を示す図を用いて、説明する。
TREF溶出曲線(温度に対する溶出量のプロット)において、成分(A)と(B)は結晶性の違いにより各々T(A)とT(B)にその溶出ピークを示し、その差は十分大きいため、中間の温度T(C)(={T(A)+T(B)}/2)においてほぼ分離が可能である。
このとき、T(B)は測定温度下限以下に存在するものと考えられるが、その値を測定することが出来ないため、このような場合にはT(B)を測定温度下限である−15℃と定義する。
ここで、T(C)までに溶出する成分の積算量をW(B)wt%、T(C)以上で溶出する部分の積算量をW(A)wt%と定義すると、W(B)は結晶性が低いあるいは非晶性の成分(B)の量とほとんど対応しており、T(C)以上で溶出する成分の積算量W(A)は結晶性が比較的高い成分(A)の量とほぼ対応している。TREFによって得られる溶出量曲線と、そこから求められる上記の各種の温度や量の算出の方法は、図1に例示するように行う。
本発明においては、TREFの測定は、具体的には以下のように測定を行う。
試料を140℃でo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mLBHT入り)に溶解し溶液とする。これを140℃のTREFカラムに導入した後、8℃/分の降温速度で100℃まで冷却し、引き続き4℃/分の降温速度で−15℃まで冷却し、60分間保持する。その後、溶媒であるo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mLBHT入り)を1mL/分の流速でカラムに流し、TREFカラム中で−15℃のo−ジクロロベンゼンに溶解している成分を10分間溶出させ、次に昇温速度100℃/時間にてカラムを140℃までリニアに昇温し、溶出曲線を得る。
・・・・成分(A)と成分(B)の分離
先のTREF測定により求めたT(C)を基に、分取型分別装置を用い昇温カラム分別法により、T(C)にける可溶成分(B)とT(C)における不溶成分(A)とに分別し、NMRにより各成分のエチレン含量を求める。
昇温カラム分別法とは、例えば、Macromolecules、21 314〜319(1988)に開示されたような測定方法をいう。具体的には、本発明において以下の方法を用いた。
直径50mm、高さ500mmの円筒状カラムにガラスビーズ担体(80〜100メッシュ)を充填し、140℃に保持する。次に、140℃で溶解したサンプルのo−ジクロロベンゼン溶液(10mg/mL)200mLを前記カラムに導入する。その後、該カラムの温度を0℃まで10℃/時間の降温速度で冷却する。0℃で1時間保持後、10℃/時間の昇温速度でカラム温度をT(C)まで加熱し、1時間保持する。なお、一連の操作を通じてのカラムの温度制御精度は±1℃とする。
次いで、カラム温度をT(C)に保持したまま、T(C)のo−ジクロロベンゼンを20mL/分の流速で800mL流すことにより、カラム内に存在するT(C)で可溶な成分を溶出させ回収する。
次いで、10℃/分の昇温速度で当該カラム温度を140℃まで上げ、140℃で1時間静置後、140℃の溶媒(o−ジクロロベンゼン)を20mL/分の流速で800mL流すことにより、T(C)で不溶な成分を溶出させ回収する。
分別によって得られたポリマーを含む溶液は、エバポレーターを用いて20mLまで濃縮された後、5倍量のメタノール中に析出される。析出ポリマーをろ過して回収後、真空乾燥器により一晩乾燥する。
上記分別により得られた成分(A)と(B)それぞれについてのエチレン含有量は、プロトン完全デカップリング法により以下の条件に従って測定した13C−NMRスペクトルを解析することにより求める。
機種:日本電子(株)製GSX−400または、同等の装置(炭素核共鳴周波数100MHz以上)
溶媒:o−ジクロロベンゼン/重ベンゼン=4/1(体積比)
濃度:100mg/mL
温度:130℃
パルス角:90°
パルス間隔:15秒
積算回数:5,000回以上
スペクトルの帰属は、例えばMacromolecules,17 1950 (1984)等を参考に行えばよい。上記条件により測定されたスペクトルの帰属は下表の通りである。表中Sαα等の記号はCarmanら(Macromolecules,10 536(1977))の表記法に従い、Pはメチル炭素、Sはメチレン炭素、Tはメチン炭素をそれぞれ表わす。
[PPP]=k×I(Tββ)・・・(1)
[PPE]=k×I(Tβδ)・・・(2)
[EPE]=k×I(Tδδ)・・・(3)
[PEP]=k×I(Sββ)・・・(4)
[PEE]=k×I(Sβδ)・・・(5)
[EEE]=k×[I(Sδδ)/2+I(Sγδ)/4]・・・(6)
ここで[ ]はトリアッドの分率を示し、例えば[PPP]は全トリアッド中のPPPトリアッドの分率である。従って、
[PPP]+[PPE]+[EPE]+[PEP]+[PEE]+[EEE]=1・・・(7)である。また、kは定数であり、Iはスペクトル強度を示し、例えばI(Tββ)はTββに帰属される28.7ppmのピークの強度を意味する。
エチレン含有量(モル%)=([PEP]+[PEE]+[EEE])×100
なお、本発明のプロピレンランダム共重合体には少量のプロピレン異種結合(2,1−結合及び/または1,3−結合)が含まれ、それにより、以下の微小なピークを生じる。
エチレン含有量のモル%から重量%への換算は以下の式を用いて行う。
エチレン含有量(重量%)=
(28×X/100)/{28×X/100+42×(1−X/100)}×100
ここでXは、モル%表示でのエチレン含有量である。
また、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)全体のエチレン含量[E]Wは、上記より測定された成分(A)と(B)それぞれのエチレン含量[E]Aと[E]B及びTREFより算出される各成分の重量比率W(A)とW(B)wt%から、以下の式により算出される。
[E]W={[E]A×W(A)+[E]B×W(B)}/100 (wt%)
本発明で使用されるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)のメルトフローレート(MFR)は、0.5〜100g/10分であり、好ましくは1〜50g/10分、更に好ましくは2〜35g/10分である。MFRが0.5g/10分未満では成形が困難になり、100g/10分を超えると耐衝撃性が期待できなくなる。
メルトフローレート(MFR)は、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の重合条件である温度や圧力を調節したり、水素等の連鎖移動剤を重合時に添加する水素添加量の制御により、容易に調整を行なうことができる。
ここで、MFRは、JIS K7210に準拠し、加熱温度230℃、荷重21.2Nで測定する値である。
本発明で使用されるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の示差走査熱量計(DSC)により測定された融解ピーク温度(Tm)は、110〜150℃の範囲である必要があり、120〜140℃であるのが好ましい。Tmが110℃未満のものは溶融されたプロピレン系樹脂の冷却固化速度が遅く、成形性を悪化させる恐れがあるため好ましくなく、150℃を超えると耐衝撃性が悪くなる恐れがあるため好ましくない。Tmを調整するには重合反応系へ供給するエチレンの量を制御することにより容易に調整することができる。
ここで、Tmの具体的測定は、示差走査熱量計(DSC)を用い、サンプル量5mgを採り、200℃で5分間保持した後、40℃まで10℃/分の降温速度で結晶化させ、更に10℃/分の昇温速度で融解させたときに描かれる曲線のピーク位置を、融解ピーク温度Tm(℃)とする。
本発明で使用されるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)のゲルパーミエーション(GPC)法により測定された分子量分布(Mw/Mn)は、1.5〜4の範囲である必要があり、1.8以上、3未満であることが好ましい。Mw/Mnが1.5未満のものは現在の重合技術では得難く、4を超えると製品(ペレット)がべたつく恐れがあるため好ましくない。
プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の分子量分布を調整する方法は、狭くする場合は、後述のメタロセン系触媒を用いたり、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)を重合後、有機過酸化物を使用し溶融混練することにより調整することができる。広くする場合は、2種以上のメタロセン触媒成分を併用させた触媒系や2種以上のメタロセン錯体を併用した触媒系を用いて重合することにより調整することができる。
保持容量から分子量への換算は、予め作成しておいた標準ポリスチレンによる検量線を用いて行う。
使用する標準ポリスチレンは、何れも東ソー(株)製の以下の銘柄である。
F380、F288、F128、F80、F40、F20、F10、F4、F1、A5000、A2500、A1000
各々が0.5mg/mlとなるようにo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlのBHTを含む)に溶解した溶液を0.2ml注入して較正曲線を作成する。
較正曲線は、最小二乗法で近似して得られる三次式を用いる。分子量への換算に使用する、粘度式の[η]=K×Mα は以下の数値を用いる。
PS : K=1.38×10−4 α=0.7
PP : K=1.03×10−4 α=0.78
装置:WATERS社製 GPC(ALC/GPC 150C)
検出器:FOXBORO社製MIRAN 1A IR検出器(測定波長:3.42μm)
カラム:昭和電工社製AD806M/S(3本)
移動相溶媒:o−ジクロロベンゼン
測定温度:140℃
流速:1.0ml/分
注入量:0.2ml
試料の調製:試料はo−ジクロロベンゼン(0.5mg/mlのBHTを含む)を用いて1mg/mlの溶液を調製し、140℃で約1時間を要して溶解させる。
本発明においては、相溶性を良好に保ち、透明性に維持するために、使用するプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)を構成する成分(A)と成分(B)とが相分離していないことが必要である。相分離の条件は、エチレン含量のみならず、分子量や組成によっても影響を受けるため、上記のエチレン含量に関する規定に加えて、固体粘弾性測定(DMA)により得られる温度−損失正接(tanδ)曲線において、tanδ曲線のピークに関する規定が必要となる。
プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)が相分離構造を取る場合には、成分(A)に含まれる非晶部のガラス転移温度と成分(B)に含まれる非晶部のガラス転移温度が各々異なるため、ピークは複数となる。逆に相溶性である場合には、両成分は分子のオーダーで混合しており、両成分のガラス転移温度の中間的な温度に単一のピークを有する。すなわち、相分離構造を取っているかどうかは、固体粘弾性測定における温度−tanδ曲線において判別可能であり、透明性を維持するためには、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有することが必要である。
本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)を製造する方法は、メタロセン系触媒の使用を必須とするものである。
プロピレン−エチレンランダム共重合体において分子量及び結晶性分布が広いとベタツキやブリードアウトが悪化することは当該業者に広く知られるところであるが、本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体においても、ベタツキ及びブリードアウトを抑制するために、分子量及び結晶性分布が狭くなるメタロセン系触媒を用いて重合されることが必要である。
メタロセン系触媒の種類は、本発明の性能を有する共重合体を生成できる限りは、特に限定はされるものではないが、本発明の要件を満たすために、例えば、下記に示すような触媒成分(a)、(b)、及び必要に応じて使用する触媒成分(c)からなるメタロセン系触媒を用いることが好ましい。
成分(a):下記の一般式で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物
成分(b):下記(b−1)〜(b−4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分
(b−1)有機アルミオキシ化合物が担持された微粒子状担体、
(b−2)成分(a)と反応して成分(a)をカチオンに変換することが可能なイオン性化合物またはルイス酸が担持された微粒子状担体
(b−3)固体酸微粒子
(b−4)イオン交換性層状珪酸塩
成分(c):有機アルミニウム化合物
成分(a)としては、下記一般式で表される遷移金属化合物から選ばれる少なくとも1種のメタロセン遷移金属化合物を使用することができる。
Q(C5H4−aR1)(C5H4−bR2)MeXY
[ここで、Qは2つの共役五員環配位子を架橋する2価の結合性基を示し、Meはチタン、ジルコニウム、ハフニウムから選ばれる金属原子を示し、XおよびYは水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、窒素含有炭化水素基、リン含有炭化水素基またはケイ素含有炭化水素基を示し、XおよびYは、それぞれ独立に、同一でも異なっていてもよい。R1、R2は水素、炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ケイ素含有炭化水素基、窒素含有炭化水素基、酸素含有炭化水素基、ホウ素含有炭化水素基、又は、リン含有炭化水素基を示す。a及びbは置換基の数である。]
X及びYは、水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アミノ基、窒素含有炭化水素基、リン含有炭化水素基又はケイ素含有炭化水素基を示し、このうちで好ましいものとしては、水素、塩素、メチル、イソブチル、フェニル、ジメチルアミド、ジエチルアミド基などを例示することができる。X及びYは、それぞれ独立に、すなわち同一でも異なっていてもよい。
Meは、チタン、ジルコニウム、ハフニウムの中から選ばれる金属原子であり、好ましくはジルコニウム、ハフニウムである。
なお、触媒成分は本発明の重要要素ではないので、煩雑な列記を避け、代表的な例示に限定しているが、これにより本発明の有効範囲が制限されることが無いのは自明のことである。
成分(b)としては、上述した成分(b−1)〜成分(b−4)から選ばれる少なくとも1種の固体成分を使用する。これらの各成分は公知のものであり、公知技術の中から適宜選択して使用することができる。その具体的な例示や製造方法については、特開2002−284808公報、特開2002−53609号公報、特開2002−69116号公報、特開2003−105015号公報などに詳細な例示がある。
ここで、成分(b−1)、成分(b−2)に用いられる微粒子状担体としては、シリカ、アルミナ、マグネシア、シリカアルミナ、シリカマグネシアなどの無機酸化物、塩化マグネシウム、オキシ塩化マグネシウム、塩化アルミニウム、塩化ランタンなどの無機ハロゲン化物、さらには、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、スチレンジビニルベンセン共重合体、アクリル酸系共重合体などの多孔質の有機担体を挙げることができる。
上記成分(b)の中で特に好ましいものは、成分(b−4)のイオン交換性層状珪酸塩であり、さらに好ましい物は、酸処理、アルカリ処理、塩処理、有機物処理などの化学処理が施されたイオン交換性層状珪酸塩である。
必要に応じて成分(c)として用いられる有機アルミニウム化合物の例は、
一般式: AlRaP3−a
(式中、Rは、炭素数1から20の炭化水素基、Pは水素、ハロゲン、アルコキシ基、aは0<a≦3の数)で示されるトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム又はジエチルアルミニウムモノクロライド、ジエチルアルミニウムモノメトキシドなどのハロゲンもしくはアルコキシ含有アルキルアルミニウムである。
またこの他に、メチルアルミノキサンなどのアルミノキサン類なども使用できる。これらのうち、特にトリアルキルアルミニウムが好ましい。
上記触媒成分(a)と成分(b)および必要に応じて成分(c)を接触させて触媒とする。その接触方法は特に限定されないが、以下のような順序で接触させることができる。また、この接触は、触媒調製時だけでなく、オレフィンによる予備重合時又はオレフィンの重合時に行ってもよい。
1)成分(a)と成分(b)を接触させる
2)成分(a)と成分(b)を接触させた後に成分(c)を添加する
3)成分(a)と成分(c)を接触させた後に成分(b)を添加する
4)成分(b)と成分(c)を接触させた後に成分(a)を添加する
また、その他、三成分を同時に接触させてもよい。
予備重合に使用するオレフィンは、特に限定はないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、ビニルシクロアルカン、スチレンなどを使用することが可能であり、特にプロピレンを使用することが好ましい。オレフィンの供給方法は、オレフィンを反応槽に定速的にあるいは定圧状態になるように維持する供給方法やその組み合わせ、段階的な変化をさせるなど、任意の方法が可能である。
予備重合温度と時間は、特に限定されないが、各々−20℃〜100℃、5分〜24時間の範囲であることが好ましい。また、予備重合量は、予備重合ポリマー量が成分(b)に対し、好ましくは0.01〜100、さらに好ましくは0.1〜50である。予備重合を終了した後に、触媒の使用形態に応じ、そのまま使用することが可能であるが、必要ならば乾燥を行うことも可能である。
さらに、上記各成分の接触の際、もしくは接触の後に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの重合体やシリカ、チタニアなどの無機酸化物固体を共存させることも可能である。
・・逐次重合
プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)を製造するには、成分(A)と成分(B)を逐次重合することが必要である。従来のプロピレン−エチレン共重合体では、第1工程と第2工程で得られるプロピレン−エチレン共重合のバランスを充分に配慮されたものがなく、柔軟性、耐衝撃性および透明性をバランス良く向上させたものがなかった。
そこで、本発明においては、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)は、第1工程と第2工程でエチレン含量が異なる成分を逐次重合したブロック共重合体であることが透明性と柔軟性・耐衝撃性、耐熱性全てをバランスさせるために必要である。
また、本発明では、成分(B)として分子量が低く単独ではべたつきやすい共重合体を用いる場合があるので、反応器への付着等の問題を防止するために、成分(A)を重合した後で成分(B)を重合する方法を用いることが必要である。
逐次重合を行う際には、バッチ法と連続法のいずれを用いることも可能であるが、一般的には生産性の観点から連続法を用いることが望ましい。
連続法の場合には、成分(A)と成分(B)を個別に重合する必要から2個以上の反応器を直列に接続した製造設備を用いる必要があるが、本発明の効果を阻害しない限り成分(A)と成分(B)のそれぞれについて複数の反応器を直列及び/又は並列に接続して用いてもよい。
重合プロセスは、スラリー法、バルク法、気相法など任意の重合方法を用いることができる。バルク法と気相法の中間的な条件として超臨界条件を用いることも可能であるが、実質的には気相法と同等であるため、特に区別することなく気相法に含める。
成分(B)は炭化水素等の有機溶媒や液化プロピレンに溶けやすいため、成分(B)の製造に際しては気相法を用いることが望ましい。
成分(A)の製造は、どのプロセスを用いても特に問題はないが、比較的結晶性の低い成分(A)を製造する場合には、付着等の問題を避けるために気相法を用いることが望ましい。
従って、連続法を用いて、まず成分(A)をバルク法もしくは気相法にて重合し、引き続き成分(B)を気相法にて重合することが最も望ましい。
重合温度は、通常使用されている温度範囲であれば特に問題なく適用することができる。具体的には、0℃〜200℃、より好ましくは40℃〜100℃の範囲を用いることができる。
重合圧力は選択するプロセスによって差異が生じるが、通常用いられている圧力範囲であれば特に問題なく用いることができる。具体的には、0より大きく200MPaまで、より好ましくは0.1MPa〜50MPaの範囲を用いることができる。この際窒素などの不活性ガスを共存させてもよい。
第1工程で成分(A)、第2工程で成分(B)の逐次重合を行う場合、第2工程にて系中に重合抑制剤を添加することが望ましい。プロピレン−エチレンブロック共重合体を製造する場合には、第2工程のエチレン−プロピレンランダム共重合を行う反応器に重合抑制剤を添加すると、得られるパウダーの粒子性状(流動性など)やゲルなどの製品品質を改良することができる。この手法については各種の方法が提案されており、一例として特公昭63−54296号、特開平7−25960号、特開2003−2939号などを例示することができ、当該手法を適用することが望ましい。
本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の各要素は、以下のように制御され、本発明の共重合体に必要とされる構成要件を満たすよう製造することができる。
成分(A)については、エチレン含量[E]Aと溶出ピーク温度T(A)を制御する必要がある。
本発明では、[E]Aを所定の範囲に制御するためには、第1工程における重合槽に供給するプロピレンとエチレンの量比を、適宜調整すればよい。供給比率と得られるプロピレン−エチレンランダム共重合体中のエチレン含量の関係は、用いるメタロセン触媒の種類によって異なるが、供給比率の調整により必要とするエチレン含量[E]Aを有する成分(A)を製造することができる。
例えば、[E]Aを7wt%未満に制御する場合には、プロピレンに対するエチレンの供給重量比を0.3以下の範囲、好ましくは0.2以下の範囲とすればよい。
このとき、成分(A)は結晶性分布が狭く、T(A)は[E]Aの増加に伴い低下する。そこで、T(A)が本発明の範囲を満たすようにするためには、[E]Aとこれらの関係を把握し、目標とする範囲を取るよう調整する。
成分(B)については、エチレン含量[E]Bと溶出ピーク温度T(B)を制御する必要がある。
本発明では、[E]Bを所定の範囲に制御するためには、[E]Aと同様に、第2工程におけるプロピレンに対するエチレンの供給量比を制御すればよい。例えば、[E]Bを3〜27wt%に制御する場合には、プロピレンに対するエチレンの供給重量比を0.005〜6の範囲、好ましくは0.01〜3の範囲とすればよい。
このとき、成分(B)もエチレン含量の増加に伴い若干結晶性分布の増加が見られるものの、成分(A)と同様に、T(B)は[E]Bの増加に伴い低下する。そこで、T(B)が本発明の範囲を満たすようにするためには、[E]BとT(B)との関係を把握し、[E]Bを所定の範囲になるように制御すればよい。
成分(A)の量W(A)と成分(B)の量W(B)は、成分(A)を製造する第1工程の製造量と成分(B)の製造量の比を変化させることにより制御することができる。例えば、W(A)を増やしてW(B)を減らすためには、第1工程の製造量を維持したまま第2工程の製造量を減らせばよく、それは、第2工程の滞留時間を短くしたり、重合温度を下げたり、重合抑制剤の量を増やしたりすることにより容易に制御することができる。その逆も又同様である。
実際に条件を設定する際には、活性減衰を考慮する必要がある。すなわち、本発明にて実施するエチレン含有量[E]A及び[E]Bの範囲においては、一般にエチレン含有量を高くするためにプロピレンに対するエチレン供給量比を高くすると重合活性が高くなり、同時に活性減衰が大きくなる傾向にある。したがって、第2工程の活性を維持するために第1工程の重合活性を抑制する必要があり、具体的には、第1工程にてエチレン含有量[E]Aを下げ、生産量W(A)を下げ、必要に応じて、重合温度を下げる及び/又は重合時間(滞留時間)を短くする、あるいは第2工程にてエチレン含有量[E]Bを上げ、生産量W(B)を上げ、必要に応じて、重合温度を上げる及び/又は重合時間(滞留時間)を長くするような方法で条件を設定すればよい。
本発明で用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)は、固体粘弾性測定により得られる温度−損失正接曲線において求められるtanδ曲線がピークを示す温度であるガラス転移温度Tgが、0℃以下で単一のピークを持つ必要がある。Tgが単一のピークを持つためには、成分(A)中のエチレン含有量[E]Aと成分(B)中のエチレン含有量[E]Bの差の[E]gap(=[E]B−[E]A)を20wt%以下、好ましくは16wt%以下にし、実際の測定においてTgが単一のピークとなる範囲まで[E]gapを小さくすればよい。
成分(A)中のエチレン含有量[E]Aに応じて、成分(B)中のエチレン含量[E]Bを適正範囲に入るよう、成分(B)の重合時のプロピレンに対するエチレンの供給重量比を設定することで、所定の[E]gapを有するプロピレン−エチレンブロック共重合体を得ることができる。
すなわち、Tgは非晶部のガラス転移を反映するものであるが、本発明に用いられるプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)において、成分(A)は結晶性を持ち比較的非晶部が少ないのに対し、成分(B)は低結晶性あるいは非晶性であり、そのほとんどが非晶部であるためである。したがって、Tgの値は、ほぼ[E]Bによって制御され、[E]Bの制御法は前述したとおりである。
プロピレン系共重合体(ア)とプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の配合量は、プロピレン系共重合体(ア)60〜99重量部、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)40〜1重量部である。ただし、(ア)と(イ)の合計は100重量部である。プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)は、好ましくは3〜30重量部である。
プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)の含有量が少なすぎると、相溶化効果が小さくなるため剛性−耐衝撃性バランスの改善効果が低下し、40重量部より多くなると、剛性−耐衝撃性バランスや、耐摩耗性等が悪くなる。
本発明においては、プロピレン系重合体の安定剤などとして使用されている各種酸化防止剤、造核剤、中和剤、滑剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の添加剤を配合することができる。
Mg1−xAlx(OH)2(CO3)x/2・mH2O・・・・(1)
[式中、xは、0<x≦0.5であり、mは3以下の数である。]
[Al2Li(OH)6]nX・mH2O ・・・・(2)
[式中、Xは、無機または有機のアニオンであり、nはアニオン(X)の価数であり、mは3以下である。]
本発明のプロピレン系共重合体(ア)と、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)からなるプロピレン系樹脂組成物は、この組成物の特性を最大限維持しながら、他の特性または機能を付与する為に、それ以外の重合体、共重合体、エラストマーを任意にブレンドすることができる。具体的には、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体またはゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体又はゴム、エチレン−アクリレート共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリロニトリル共重合体、天然ゴム、ジエン系ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、多糖類、天然樹脂などの、各種樹脂またはエラストマーを該プロピレン径樹脂組成物100重量部に対して、1〜30重量部程度任意にブレンドすることが可能である。
本発明のプロピレン系樹脂組成物は、プロピレン系共重合体(ア)と、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)、および必要に応じて用いる他の添加剤とを、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、リボンブレンダー等に投入して混合した後、通常の単軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、プラベンダー、ロール等で180〜280℃の温度範囲で溶融混練することにより得ることができる。
本発明の成形品は、上記のプロピレン系樹脂組成物を、公知の射出成形機、押出成形機、フィルム成形機、ブロー成形機、繊維成形機等各種の成形機により成形することにより得られる。特に、耐衝撃性が必要であり、同時に、耐擦傷性、耐白化性、光沢、透明性が求められる用途に好適である。本発明の成形品としては、食品容器、キャップ、医療用器具、医療用容器、包装用フィルム、文具向けシート、衣装ケース、日用品、自動車部品、電気部品等を挙げることができる。
なお、各実施例及び比較例において、用いた物性測定は以下の方法で行い、プロピレン系共重合体(ア)、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)、ポリエチレンおよび他の添加剤としては、以下のものを使用した。
(1)TREF
TREF測定方法は前述した通りであり、装置と条件は以下の通りである。
<装置>
(TREF部)
TREFカラム:4.3mmφ×150mmステンレスカラム
カラム充填材:100μm 表面不活性処理ガラスビーズ
加熱方式:アルミヒートブロック
冷却方式:ペルチェ素子(ペルチェ素子の冷却は水冷)
温度分布:±0.5℃
温調器:(株)チノー社製デジタルプログラム調節計KP1000(バルブオーブン)
加熱方式:空気浴式オーブン
測定時温度:140℃
温度分布:±1℃
バルブ:6方バルブ 4方バルブ
注入方式:ループ注入方式
注入量:ループサイズ 0.1ml
注入口加熱方式:アルミヒートブロック
測定時温度:140℃
(検出部)
検出器:波長固定型赤外検出器 FOXBORO社製MIRAN 1A
検出波長:3.42μm
高温フローセル:LC−IR用ミクロフローセル
光路長1.5mm 窓形状2φ×4mm長丸 合成サファイア窓板
測定時温度:140℃
(ポンプ部)
送液ポンプ:センシュウ科学社製 SSC−3461ポンプ
<測定条件>
溶媒:o−ジクロロベンゼン(0.5mg/mLのBHTを含む)
試料濃度:5mg/mL
試料注入量:0.1mL
溶媒流速:1mL/分
TREFを用いて、前述した方法によって算出した。
(3)エチレン含有量の算出
13C−NMRにより組成を検定したエチレン・プロピレンランダムコポリマーを基準物質として733cm−1の特性吸収体を用いる赤外分光法により、ランダムコポリマー中のエチレン含量を測定した。試験片は、ペレットをプレス成形により約500ミクロンの厚さのフィルムとしたものを用いた。
東芝機械製EC−100射出成形機により、成形温度230℃、金型温度40℃において、JISファミリー金型を用いて、各種試験片を成形した。
固有粘弾性測定により測定した。
試料は、上記条件により射出成形した厚さ2mmのシートから、10mm幅×18mm長×2mm厚の短冊状に切り出したものを用いた。装置はレオメトリック・サイエンティフィック社製のARESを用いた。周波数は1Hzである。測定温度は−60℃から段階状に昇温し、試料が融解して測定不能になるまで測定を行った。歪みは0.1〜0.5%の範囲で行った。
前述の方法で測定した。
(7)MFR
JIS K−7210−1995に準拠し、21.18N荷重にて230℃の温度で測定した。
融解ピーク温度:
セイコー社製DSCを用い、サンプル5.0mgを採り、200℃で5分間保持後、40℃まで10℃/分の降温スピードで結晶化させ、さらに10℃/分の昇温スピードで融解させたときの融解ピーク温度を測定した。
JIS K7203の「硬質プラスチックの曲げ試験方法」に準拠して23℃で測定した。
(10)アイゾット衝撃強度
JIS K−7110−1984に準拠し、23℃において測定した。
厚さ2mmのシート片を用い、JIS K7105に準拠し測定した。
(12)ロックウェル硬度
JIS K−7202−1982に準拠し、ロックウェル硬度を測定した。
成形温度230℃、金型温度40℃にて12cm×12cm×2mmの平板を射出成形機により成形し、その平板及び引っ掻き試験機(HEIDON社製トライボギアTYPE18L)を用い室温にて耐擦傷性試験を実施した。
先端にR加工(先端R:0.05(mm))を施した円錐型のサファイア製引き掻き針の先端を平板状の試験片に垂直に接触させ固定荷重(80gf)をかける。平板状の試験片を積載した移動台を一定の速度(600mm/分)で移動することにより、試験片表面に接触した引き掻き針を直線状に滑らせ、試験片表面に引掻き傷をつける。共焦点レーザー顕微鏡(キーエンス社製V9700)を用い、形成された傷底の表面形状を計測し、ISO法に従って傷底の表面粗さ(Ra)を計算し、耐擦傷性の判断指標とした。
Raが小さいと出来た傷の溝の中の凹凸が少なく、光の乱反射が少なくなり、傷は目立ちにくくなり、逆にRaが大きいと、凹凸が多く、光が乱反射し、傷が目立ちやすくなるため、Raの数値が小さい方が擦傷性に優れることを意味する。擦傷性の点からは、Raが小さいほど好ましい。
20〜25℃の環境下にて、JIS K5600−5−3に記載のデュポン衝撃試験機(撃芯受け台内径3/2インチ、撃芯先端R1/4インチ)の撃芯受け台上に置き、100gの錘を高さ50cmの場所から落とした。
この衝撃試験にて平板状の試験片に亀裂が生じない場合は、錘をさらに100g重くし、新たな試験片に交換して衝撃試験を行った。このように亀裂が生じない場合は、錘が1000gに達するまで、同様の方法で衝撃試験を繰り返した。
200g、1000gの錘を使用したデュポン白化試験において、破壊しなかった試験片について、以下の基準で、目視判定により、三段階評価を実施した。
○:白化が目立たない
△:顕著な白化が認められる
×:極めて激しい白化が生じる
(ア)プロピレン系共重合体
(PP1)プロピレン−エチレンランダム共重合体1:
ノバテックMG03BQ(日本ポリプロ社製、商品名)
チーグラー・ナッタ触媒、エチレン含量2.2重量%、MFR30g/10分
(PP2)プロピレン−エチレンランダム共重合体2:
ノバテックMX03ZQ(日本ポリプロ社製、商品名)
チーグラー・ナッタ触媒、エチレン含量3.8重量%、MFR30g/10分
(PP3)プロピレン−エチレンランダム共重合体3:
ウィンテックWMG03P(日本ポリプロ社製、商品名)
メタロセン触媒、エチレン含量0.9重量%、MFR25g/10分
(PP4)プロピレン−エチレンランダム共重合体4:
ウィンテックWSX02P(日本ポリプロ社製、商品名)
メタロセン触媒、エチレン含量3.2重量%、MFR25g/10分
(PP5)プロピレン単独重合体:
ノバテックMA5Q(日本ポリプロ(株)製、商品名)
チーグラー触媒、MFR5g/10分
以下の方法で、プロピレン−エチレンブロック共重合体(PP−イ)を製造した。
(i)予備重合触媒の調製
(珪酸塩の化学処理)
10リットルの撹拌翼の付いたガラス製セパラブルフラスコに、蒸留水3.75リットル、続いて濃硫酸(96%)2.5kgをゆっくりと添加した。50℃で、さらにモンモリロナイト(水澤化学社製商品名「ベンクレイSL」、平均粒径25μm、粒度分布10〜60μm)を1kg分散させ、90℃に昇温し、6.5時間その温度を維持した。50℃まで冷却後、このスラリーを減圧濾過し、ケーキを回収した。このケーキに蒸留水を7リットル加え再スラリー化後、濾過した。この洗浄操作を、洗浄液(濾液)のpHが、3.5を越えるまで実施した。回収したケーキを窒素雰囲気下110℃で終夜乾燥した。乾燥後の重量は707gであった。
上記化学処理した珪酸塩は、キルン乾燥機により乾燥を実施した。仕様及び乾燥条件は、以下の通りである。
回転筒:円筒状 内径50mm 加温帯550mm(電気炉) かき上げ翼付き 回転数:2rpm 傾斜角:20/520
珪酸塩の供給速度:2.5g/分 ガス流速:窒素 96リットル/時間
向流乾燥温度:200℃(粉体温度)
撹拌および温度制御装置を有する内容積16リットルのオートクレーブを窒素で充分置換した。得られた乾燥珪酸塩200gを導入し、混合ヘプタン1160ml、さらにトリエチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.60M)840mlを加え、室温で攪拌した。1時間後、混合ヘプタンにて洗浄し、珪酸塩スラリーを2,000mlに調製した。次に、先に調製した珪酸塩スラリーにトリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M/L)9.6mlを添加し、25℃で1時間反応させた。平行して、(r)−ジクロロ[1,1’−ジメチルシリレンビス{2−メチル−4−(4−クロロフェニル)−4H−アズレニル}]ジルコニウム2,180mg(0.3mM)と混合ヘプタン870mlに、トリイソブチルアルミニウムのヘプタン溶液(0.71M)33.1mlを加えて、室温にて1時間反応させた混合物を、珪酸塩スラリーに加え、1時間攪拌後、混合ヘプタンを追加して5,000mlに調製した。
続いて、槽内温度を40℃昇温し、温度が安定したところでプロピレンを100g/時間の速度で供給し、温度を維持した。4時間後プロピレンの供給を停止し、さらに2時間維持した。
予備重合終了後、残モノマーをパージし、撹拌を停止させ約10分間静置後、上澄みを2,400mlデカントした。続いてトリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液9.5ml、さらに混合ヘプタンを5,600ml添加し、40℃で30分間撹拌し、10分間静置した後に、上澄みを5,600ml除いた。さらにこの操作を3回繰り返した。最後の上澄み液の成分分析を実施したところ、有機アルミニウム成分の濃度は、1.23mM/L、Zr濃度は8.6×10−6g/Lであり、仕込み量に対する上澄み液中の存在量は0.016%であった。続いて、トリイソブチルアルミニウム(0.71M/L)のヘプタン溶液を170ml添加した後に、45℃で減圧乾燥を実施した。触媒1g当たりポリプロピレンを2.0g含む予備重合触媒が得られた。
この予備重合触媒を用いて、以下の手順に従ってプロピレン−エチレンブロック共重合体の製造を行った。
攪拌羽根を有する横型反応器(L/D=6、内容積100リットル)を十分に乾燥し、内部を窒素ガスで十分に置換した。ポリプロピレン粉体床の存在下、回転数30rpmで攪拌しながら、反応器の上流部に上記予備重合触媒を(予備重合パウダーを除いた固体触媒量として)0.568g/hr、トリイソブチルアルミニウムを15.0mmol/hrで連続的に供給した。反応器の温度を65℃、圧力を2.1MPaGに保ち、且つ反応器内気相部のエチレン/プロピレンモル比が0.07、水素濃度が100ppmになるように、モノマー混合ガスを連続的に反応器内に流通させ、気相重合を行った。反応によって生じた重合体パウダーは、反応器内の粉体床量が一定になるように、反応器下流部より連続的に抜き出した。この時、定常状態になった際の重合体抜き出し量は10.0kg/hrであった。
第1重合工程で得られたプロピレン−エチレンランダム共重合体(成分(A))を分析したところ、MFRは6.0g/10分、エチレン含有量は2.2wt%であった。
攪拌羽根を有する横型反応器(L/D=6、内容積100リットル)に、第1工程より抜き出したプロピレン−エチレン共重合体を連続的に供給した。回転数25rpmで攪拌しながら、反応器の温度を70℃、圧力を2.0MPaGに保ち、且つ反応器内気相部のエチレン/プロピレンモル比が0.453、水素濃度が330ppmになるように、モノマー混合ガスを連続的に反応器内に流通させ、気相重合を行った。反応によって生じた重合体パウダーは、反応器内の粉体床量が一定になるように、反応器下流部より連続的に抜き出した。この時、重合体抜き出し量が17.9kg/hrになるように活性抑制剤として酸素を供給し、第2重合工程での重合反応量を制御した。活性は31.429kg/g−触媒であった。
得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体(PP−イ)の各種分析結果を、表3に示す。
日本ポリエチ(株)社製商品名カーネルKS571
密度(JIS K7112)0.907g/cm3
MFR(JIS K7210,230℃、2.16kg荷重)24g/10分
Mw/Mn2.4
(株)ADEKA社製商品名アデカスタブNA−21
ステアリン酸カルシウム
チバ社製商品名イルガノックス1010
テトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシルフェニル)プロピオネート]メタン
チバ社製商品名イルガフォス168
トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェノール)フォスファイト
上記した各成分を、表4、表5に記載の割合(重量%)で準備しスーパーミキサーでドライブレンドした後、35ミリ径の2軸押出機を用いて溶融混練し、ダイ出口部温度220℃でダイから押し出しペレット化した。ペレットを射出成形機により、樹脂温度230℃、射出圧力600kg/cm2及び金型温度40℃で射出成形し、試験片を作製した。作製した試験片を用い、物性測定を行った。
その結果を表4、表5に示す。
さらに、実施例3は比較例4、5に対して曲げ弾性率見合いの難白化特性、耐擦傷性に優れたものであることが分かる。なお、傷の大きさを示す表面粗さRaは、実施例3で8.3μm、比較例4では10.5μm、比較例5では9.2μmであった。
上記した各成分を、表6に記載の割合(重量%)で準備しスーパーミキサーでドライブレンドした後、35ミリ径の2軸押出機を用いて溶融混練し、ダイ出口部温度220℃でダイから押し出しペレット化した。ペレットを射出成形機により、樹脂温度230℃、射出圧力600kg/cm2及び金型温度40℃で射出成形し、試験片を作製した。作製した試験片を用い、物性測定を行った。
その結果を表6に示す。
Claims (3)
- プロピレン系共重合体(ア)60〜99重量部と、下記(i)〜(v)を満たすプロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)40〜1重量部(ただし、(ア)と(イ)の合計は100重量部)を含み、プロピレン系共重合体(ア)のエチレン含量と、プロピレン−エチレンブロック共重合体(イ)中の成分(A)のエチレン含量との差が、3wt%以下であることを特徴とするプロピレン系樹脂組成物を用いた成形品。
(i)メタロセン系触媒を用いて、第1工程でプロピレン単独又はエチレン含量が7wt%以下のプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(A)を30〜95wt%、第2工程で成分(A)よりも3〜20wt%多くのエチレンを含有するプロピレン−エチレンランダム共重合体成分(B)を70〜5wt%逐次重合することで得られたプロピレン−エチレンブロック共重合体であること
(ii)メルトフローレート(MFR:230℃ 2.16kg)が、0.5〜100g/10minの範囲にあること
(iii)DSC法により測定された融解ピーク温度(Tm)が、110〜150℃の範囲にあること
(iv)GPC法により測定された分子量分布(Mw/Mn)が、1.5〜4の範囲にあること
(v)固体粘弾性測定により得られる温度−損失正接曲線において、tanδ曲線が0℃以下に単一のピークを有すること - プロピレン系共重合体(ア)が、プロピレンとエチレンおよび/または炭素数4〜12のα−オレフィンとのランダム共重合体であり、エチレンおよび/または炭素数4〜12のα−オレフィンの含有量が0.01〜7wt%であることを特徴とする請求項1に記載の成形品。
- 成形品が、食品容器、飲料容器、キャップ、化粧品容器、医療品容器、日用品、フィルムまたはシートであることを特徴とする請求項1または2に記載の成形品。
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